煤层回采方案设计

郝 宇

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西 古交 030200）

煤矿工作面的开采方式和所选型设备的生产能力是决定整个工作面开采效率的关键。目前，针对煤矿工作面可采用放顶煤开采、大采高一次采全高以及分层开采等多种开采方式。但在实际应用各个开采方式均存在一定的不足[1]。因此，为确保煤矿工作面生产效率达到最佳，需根据工作面实际情况对选择最佳开采方案。本文将针对某煤矿设计最佳煤层回采方案。

1 工程概述

该煤矿的设计生产能力为120万t/a；煤矿的最大涌水量为132 m3/h，一般涌水量可达91 m3/h。目前，该煤矿可开采的煤层包括有7号、9号、12号、13号等7个煤层。本文以其中的9号煤层的开采进行研究，其对应的顶底板情况如表1所示。

表1 9号煤层顶底板情况

9号煤层对应的煤层厚度范围从4.0～6.5 m，其平均煤层厚度为5.5 m；对应煤层倾角范围为1°～6°，煤层平均倾角为4°。总的来讲，9号煤层属于稳定煤层。除上述地质、煤层以及水文条件外，影响工作面回采的其他因素包括有工作面煤尘的爆炸指数、低温危害、冲击低压危害以及煤的自然倾向性等。此外，9号煤层所属工作面的两面为已经采空的区域，需对工作面的围岩压力明显的地段进行强化支护。

2 煤层开采方案的选择

综合上文中对9号煤层工作面地质、水文、瓦斯、煤层等条件以及影响回采效率因素分析的结果，9号煤层可选择分层开采、放顶煤开采以及大采高一次采全高等开采方式。

所谓分层开采指的是将煤层分为两个分层，并对所分层煤层进行分别开采。分层后采用下行开采顺序，将上层开采形成的采空区进行垮落处理，下层在垮落后顶板下开采。在实际应用中，为保证下层开采的安全，需在上层铺设人工假顶[2]。

所谓放顶煤开采指的是将采煤机的割煤和放煤同时进行，其主要适用于煤层厚度在5～12 m，煤炭普氏系数小于3，煤层埋藏深度大于100 m工作面的开采，尤其是适用于急倾斜特厚煤层的开采[3]。

所谓大采高开采方式适用于煤层厚度在3.5～6.0 m之间，煤层倾角最大不超过18°，煤层顶板较硬工作面的开采[4]。

上述三种开采方式的优劣势分析如表2所示。

表2 不同开采的优劣势分析

9号煤层顶板较硬且煤层厚度较小，加之分层开采达到火灾隐患较高且对应工作面的掘进成本较高。因此，针对9号煤层开采主要从放顶煤开采和大采高开采两种方式中进行优选。结合模糊综合评判理论对放顶煤开采和大采高开采进行定量对比分析，得出如表3所示的结果。

表3 大采高与放顶煤开采方式定量分析 %

分析表3可知，大采高开采方式与放顶煤开相对虽然成本较高且工艺相对复杂，但是大采高开采方式对应的产量、回收率以及采煤效率等几项关键考核指标均优于放顶煤开采方式。因此，针对9号煤层应选用大采高开采方式。

3 9号煤层开采方案的设计

经上文中对不同开采方式优劣势的综合比对，确定最佳开采方式为大采高开采方式。本节将对大采高开采下的采煤方案进行设计。

3.1 巷道的布置

结合9号煤层工作面的实际布局情况，将其对应的巷道布置设计为如图1所示。

图1 巷道布置设计图

9号煤层工作面对应的切眼均是沿着煤层底板进行布置的，工作面支护以锚网支护为主。在大采高开采方案下，工作面具体开采方法为倾斜长壁后退式。

3.2 采煤工艺设计

9号煤层工作面的采煤工艺具体描述如下：采煤机朝着机头或机尾方向推进完成三角煤的截割任务；截割完成后朝着机尾或者机头的方向推进采煤机完成截割任务；截割后完成液压支架的推移支护任务，与此同时对刮板输送机进行推移[5]。

考虑到9号煤层的地质、煤层等条件所设计采煤机的截割深度为0.6 m，采煤机的推进速度不得超过8 m/min。此外，为保证刮板输送机的使用寿命，在推移刮板输送机时其对应的弯曲段不得超过20 m。

采煤机、刮板输送机以及液压支架为综采工作面的核心设备，针对9号煤层的所选型三机的具体型号：采煤机：MG 800/2040-WD（1台）；刮板输送机SGZ-1000/2×855（1台）；液压支架ZY10000/27/56（124组）。

4 结论

煤炭采出率、回收率、生产成本以及安全性等为煤矿企业关注的重点。为保证煤矿工作面高产、高效、安全的生产，需结合工作面的地质、水文、煤层等条件完成对开采方案的优化设计，并根据所选型开采方案对采煤工艺和巷道布置进行详细设计。本文以9号煤层工作面的开采为例研究，得出如下结论：

1）经对分层开采、大采高开采以及放顶煤开采三种方案优劣势和适用范围进行综合分析，并结合9号煤层的条件，最终选择大采高开采方案。

2）9号煤层实际开采方法为倾斜长壁后退式开采，采用垮落法对顶板进行管理。